大朝山水电站大坝渗流量分析

李黎

（国投云南大朝山水电有限公司，云南昆明，650213）

0 引言

根据《混凝土坝安全监测技术规范》[1]的规定，混凝土坝必须进行渗流监测，监测项目包括扬压力、渗透压力、渗流量及水质监测。渗流量的监测应结合枢纽布置，综合考虑渗漏水的分区、流向、集流和排水设施等。

坝体、坝基的渗流量大小与其渗透系数、防渗结构和排水设计有关，在水库建成后，这些因素基本不变，主要取决于上下游水位、外界气温、坝前淤积等影响因素的变化[2]。从众多大坝失事案例的分析中可知，因基础恶化而导致失事的几率远大于因坝体结构破坏而引起的溃坝事故。混凝土大坝基础的变异会明显反映在渗透压力的升高和异常、渗流量加大，致使承受大坝荷载的岩体结构逐渐破坏，由此引起大坝变形的异常现象。

结合大朝山水电站大坝渗流量监测实例，对大坝投运以来的渗流量监测成果进行整理分析，研判帷幕、排水和坝基的综合工作性态。

1 坝基地质条件及防渗、排水设计

大朝山水电站坝址岩体结构主要为块状、次块状结构，局部为镶嵌碎裂结构，坝基防渗线地区出露岩石主要为三叠系上统小定西组玄武岩，岩石坚硬，内夹多层凝灰岩，凝灰岩夹层多变。坝基断层发育，其中F25、F29、F150断层破碎带贯穿整个坝基，岩体的透水性从表层向深部随岩体风化程度的减弱而变小，透水率≤1 Lu的极弱透水层约占64%，透水率1～5 Lu的微弱透水层约占15%，少部分透水率大于10 Lu。

大坝为碾压混凝土重力坝，最大坝高111 m，上游最大水头108.89 m。由于水头高、防渗梯度大，坝基又存在断层切割，所以必须建立良好的防渗帷幕和排水系统[3]，以改善和加固坝基条件，达到设计要求的力学参数指标，在设计荷载作用下，保证大坝抗滑稳定。

1.1 坝体防渗

碾压混凝土坝上游面的防渗，在初设阶段采用“金包银”的形式，用常态混凝土防渗。实际施工采用R90200号的二级配碾压混凝土防渗，防渗层的厚度按0.07H水头控制，最小为3 m，最大为7 m。通过对防渗层混凝土钻孔取芯和压水试验的成果来看，透水率小于0.1 Lu的试段占86.1%，小于1 Lu的试段占93%，大于1 Lu的试段占7%（经过灌浆处理，完全达到设计要求），这说明R90200号二级配碾压混凝土的整体防渗效果较好。

1.2 坝体止水

在上游坝面横缝内设置三道止水片：距坝上游面1 m处设置第一道“U”型止水铜片，以下再设置一道“U”型止水铜片和一道橡胶止水，三道止水之间间距均为0.75 m，内填1 cm厚的沥青木板，形成永久性的伸缩缝。

在坝顶和非溢流坝段下游沿坝面在横缝内设置一道橡胶止水。在坝基接头处，止水均埋入坝基止水坑内，形成封闭的止水系统。

1.3 防渗帷幕

大坝基础防渗帷幕分为上游A、B线防渗帷幕和下游C线防渗帷幕，深入相对隔水层5 m，两坝肩连接到校核洪水位与相对隔水层或枯水期地下水位相交处，形成封闭防渗系统。上游基础防渗帷幕的深度是以透水率≤1 Lu的相对隔水层作为控制标准，防渗帷幕与相对隔水层衔接并深入其下5 m，坝基相对隔水层埋藏较浅的局部地方，防渗帷幕深度不得小于坝高的1/3。左岸防渗帷幕的端头为原枯水期岸坡地下水位线与大坝校核洪水位的交点；右岸防渗帷幕的端头为校核洪水位与相对隔水层相衔接。

下游设计洪水位为840.80 m，尾水最大设计水头达43.8 m，在大坝设计中考虑了基础抽排降压的措施，设置下游C线帷幕孔，形成封闭式防渗系统。C线帷幕为单排孔，孔距2 m，幕深25 m，约是下游最大水头的0.57倍。

帷幕灌浆前压水透水率离散程度较大，表明原始地层透水性很不均匀。A线、B线防渗帷幕灌浆后，检查孔压水透水率小于1 Lu的占98.50%，有5段大于1 Lu，占压水总段数的1.5%。经过补强灌浆处理后，经检查已满足设计防渗标准。C线防渗帷幕灌浆后，检查孔压水透水率小于3 Lu的占100%，所有孔段达到设计要求，最大值为2.58 Lu。这表明灌浆后地层透水性已被改变得异常均质，灌浆取得了显著的防渗效果。

1.4 排水系统

在坝基帷幕后布置了深入基岩的坝基排水孔，坝体内各层廊道之间设置坝体排水孔。基础排水廊道在河床部位纵横交错布置，其中横向4条，纵向3条，在坝基形成封闭的抽排水系统，从而起到有效降低坝基扬压力的作用。所有渗水集中流向大坝渗漏集水井，集水井设在大坝10号坝段基础最低位置，泵房设在817 m处，排水管引向坝体下游，出口高程为841.5 m。

2 渗流量监测设计

大朝山大坝渗流量采用量水堰进行观测，在基础廊道排水沟不同分区位置设置了12台量水堰（量水堰布置见图1），在首次蓄水前开始观测，观测采用人工和自动化两种方式。量水堰安装位置尽量反映分区控制，为防止串流或跑流，对部分区域进行封堵和引流。堰槽为矩形，堰板为直角三角堰，堰口外侧倒45°，距堰板前1.5 m处安装水位测针进行人工观测，相邻位置安装量水堰仪实现自动监测。

渗流量监测分区包括：总渗流量、832 m平硐渗流量、853 m平硐渗流量、进水口坝段渗流量、河床坝段渗流量等。总渗漏量由设于集水井前的3台量水堰（WE10、WE11、WE12）进行监测。

图1 大朝山水电站大坝量水堰布置图Fig.1 Layout of dam measuring weir in Dachaoshan hydropower station

3 渗流量监测成果分析

为保证渗流监测数据连续可靠，验证自动化监测的监测精度，在所有量水堰位置安装了人工水位测针和自动量水堰仪进行渗水量的对比测量，比测结果见图2，可以看出两种不同的观测方式测值过程线趋势性、吻合性较好，测量可靠，成果真实可信，满足渗流量监测的要求。

分别对9～10号坝段横缝漏水、河床坝段分区渗流量、进水口坝段分区渗流量、两岸平硐分区渗流量以及总渗流量进行分析。

3.1 9～10号坝段横缝漏水量

图3为9～10号坝段横缝渗漏量测值过程线。

大朝山大坝9号坝段为楔形体坝段，处于大坝轴线折线处，受力复杂，结构体型相对单薄，下游布置有大坝2号电梯，建基面高程为824.0 m；与之相邻的10号坝段布置有冲沙孔和泄洪底孔，建基面高程为813.0 m。9～10号坝段横缝自水库蓄水以来一直存在渗漏现象，827 m廊道渗水量最大，2003年以前横缝渗漏量变化平稳，2003～2005年横缝渗漏量逐年增大，年平均渗漏量由2003年的0.14 L/s增大至2005年的0.71 L/s，且还有逐渐增加的趋势，2007年4月渗漏量最大达到1.72 L/s。由测值过程线可知：9～10号坝段横缝漏水与库水密切相关，库水位升高，渗漏量增大，且同步性较好；此期间横缝漏水量约占大坝总渗水量的24%。对横缝处理前的9～10号坝段横缝渗漏量和总渗漏量进行相关性分析，得到相关系数为0.69，认为9～10号坝段横缝渗漏量和总渗漏量之间存在较密切的相关关系。

图2 总渗流量人工和自动化测值过程线Fig.2 Total seepage measured by manual and automatic measurements

图3 9～10号坝段横缝渗漏量测值过程线Fig.3 Meaured seepage of transverse joint between section 9 and 10

横缝处理后，9～10号坝段横缝漏水基本消失，大坝总渗流量明显降低，横缝漏水量由横缝处理前0.35 L/s（2007年12月）变为处理后近似无水，处理效果显著；之后渗流量与上游水位相关性明显减弱，9～10号坝段横缝渗漏量和总渗漏量之间基本无相关性（相关系数为0.29），说明横缝处理效果达到预期[4]。

3.2 河床坝段渗流量

河床坝段渗流量测值过程线见图4，可以看出自蓄水至2007年12月，河床坝段的渗流量变化与上游水位相关性较好，且变幅相对较大，年均渗流量为1.07～2.16 L/s，多年年均渗流量为1.61 L/s，占总渗流量的近74%（从纵向分布看，河床坝段渗流量最大）。

2008年1～4 月对9～10号坝段横缝漏水进行处理后，河床坝段渗流量减少明显，渗流量从处理前的1.03 L/s（2007年12月）降至0.50 L/s（2008年5月）。

2009～2016 年河床坝段渗流量变化相对平缓，年变幅为0.1～0.3 L/s，多年平均渗流量为0.49 L/s，占总渗流量的近64%。

3.3 进水口坝段渗流量

进水口坝段渗流量测值过程线见图4，可以看出右岸进水口坝段渗流量变化幅度有限，尤其是2010～2016年期间，年均渗流量为0.08～0.15L/s，占总渗流量的近15%。

3.4 两岸平硐渗流量

图5为两岸平硐渗流量测值过程线，可以看出两岸平硐渗流量变化较为平缓，渗流量较小，多年平均渗流量均为0.10 L/s。

自2010年以来，右岸平硐的平均渗流量为0.10 L/s，左岸平硐的平均渗流量为0.05 L/s，两岸平硐渗流量约占渗流总量的近22%，右岸渗流量略大于左岸。

3.5 总渗流量

图6为大朝山大坝2001～2017年的总渗流量变化过程线，表1列出了其特征值。可以看出大朝山大坝渗流量从2002年～2007年12月（9～10号坝段横缝漏水处理前）渗流量较大，呈逐年增加的趋势，渗流量与上游水位呈年周期变化，水位上升则渗流量增大，反之则渗流量减小，存在较好的同步性。

图4 进水口坝段及河床坝段渗流量测值过程线Fig.4 Measured seepage at intake section and riverbed dam section

图5 两岸平硐渗流量测值过程线Fig.5 Measured seepage at riverside adits

图6 总渗流量测值过程线Fig.6 Measured total seepage

表1 大朝山大坝总渗流量特征值统计表（单位：L/s）Table 1 Characteristic values of total seepage of Dachaoshan dam(unit:L/s)

2008年4 月～2017年，渗漏水量逐年减少，2009～2016年年均渗流量0.73 L/s（63.07 m3/d），最大渗流量为1.29 L/s，最小渗流量为0.51 L/s，渗流量年变幅为0.71 L/s。2009～2016年期间，最大单宽流量为0.243 m3/（d⋅m），多年平均单宽流量为0.144 m3/（d⋅m），在同类同等规模的水电站中属较小。根据经验，单宽流量不大于0.5m3/（d⋅m）属正常。坝基扬压力监测成果以及大坝两次定检结果也表明，大朝山大坝坝基渗流状况稳定，防渗帷幕和排水系统工作状态正常。

4 结语

通过大朝山大坝渗流量监测实例，可以得出以下结论：

（1）从各分区渗流的分析结果看，河床坝段渗流量占比最大（占总渗流量的近64%），是渗流的主要来源，两岸平硐次之，右岸进水口坝段最小。

（2）9～10号坝段横缝自水库蓄水以后漏水明显，漏水量较大，是河床坝段分区渗流量及总渗流量的主要来源。9～10号坝段横缝漏水处理后，大朝山大坝年均渗流量小于100 m3/d，总单宽渗流量小而稳定，且呈逐年减少的趋势。横缝漏水处理措施科学合理，施工质量良好，处理效果达到预期。

（3）目前大朝山大坝防渗、排水、止水等设施工作正常，没有新的集中渗漏带产生，渗流发展趋势良好。在以后的运行管理过程中，除做好仪器监测数据分析外，仍要重视现场巡检，关注排水设施的运行情况，及时发现渗流问题，全面掌握大坝渗流状态，做好渗控体系管理。